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Wachsendes Interesse am Spaten in Australien

Seit 2017 ist eine Farmax Spatenmaschine an der Universität von Südaustralien für Feldversuche in der Nähe von Adelaide (Südaustralien) unterwegs. Anhand dieser Versuche möchte das Forscherteam die Effekte auf den Boden beim Spaten näher untersuchen.

University of South-Australia

Die University of South-Australia hat ihren Sitz in Adelaide, Südaustralien. Die Universität ist weltweit aktiv und gut mit nationalen und internationalen akademischen Einrichtungen, Forschern und der Industrie vernetzt. Mit über 32.000 Studenten ist sie die größte Universität in Südaustralien. Auf Anraten von australischen Landwirten, die mit einer Spatenmaschine arbeiteten, knüpfte man in 2016 erste Kontakte zwischen dem universitären Fachbereich Landbautechnik und Roger und Sue Groocock von der Farmax Spader Australia. In 2017 war man schon so weit, dass eine Zusammenarbeit finanziell vom australischen Weizensektor (GRDC) unterstützt wurde. Hintergrund ist, dass man in Australien auf der Suche danach ist, die Qualität der Sandböden für den Aufwuchs von Weizen zu erhöhen. Ein Ansatz dabei ist die Optimierung des Bodenprofils.

In der Praxis umgesetzt bedeutet dies, dass der Sandboden mit einer weiteren Schicht durchmengt wird. Lehm oder organisches Material können dabei die Böden tatsächlich verbessern. Dieser Lehm oder das organische Material bewirkt, dass damit vermengter Boden in trockenen Phasen die Feuchtigkeit besser halten kann. Aufgrund dessen, dass das Spaten in Australien noch nicht allgemein verbreitet ist, aber dabei eine gute Bodenvermengung mit der aufgetragenen Schicht stattfindet, begann die Universität in Zusammenarbeit mit Farmax die Felduntersuchungen.

Effekte bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten

Während der laufenden Untersuchungen in 2017 und 2018 hat das Forscherteam auch die Ergebnisse bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten beim Spaten berücksichtigt. Schon bevor die Praxisversuche starteten, hat man die theoretischen Effekte mittels eines DEM-Programms untersucht. Das DEM-Computerprogramm (Discrete Elements Method) simuliert die Art und Weise wie der Boden und die Bearbeitungsmaschine aufeinander reagieren, womit unterschiedliche Bodenbearbeitungsweisen untersucht werden können. Unter Regie einer solchen DEM Simulation ging man über zu den eigentlichen Feldversuchen. Es galt herauszufinden, ob Theorie und Praxis übereinstimmen. Falls die Theorie aus der DEM Simulation mit der Praxis übereinstimmt, würde dies bedeuten, dass die Ergebnisse aus unterschiedlichen Geschwindigkeiten beim Spaten auch wissenschaftlich untersucht werden können.

bodemdoorsnede praktijktest & DEM simulatie.

Abbildung 1: Querschnitt Praxisergebnisse. Quelle: University of South-Australia, Saunders.

Im Herbst 2018 wurden verschiedene Feldversuche durchgeführt, bei denen mithilfe blauer Sandkörner die Ergebnisse nachvollziehbar werden. In Abbildung 1: Bodenquerschnitt Praxistest sieht man das Verhältnis der blauen Sandkörner zum Rest des Bodens. Alle Bilder der unterschiedlichen Bodenquerschnitte wurden mit dem DEM-Programm analysiert, wobei eine schematische Übersicht entstand, bei der die Praxisergebnisse sowie die DEM-Simulation übereinandergelegt wurden. In Abbildung 2: DEM-Simulation und Praxisergebnisse sieht man die Übereinstimmungen, da die blauen Sandkörner aus Abbildung 1 mit den blauen Punkten aus Abbildung 2 übereinstimmen. Die rote Färbung in der Simulation zeigt die Durchschnittswerte der DEM-Simulation an. Diese Simulation ergab sich aus Berechnungen des Programms, die blauen Punkte stammen aus dem Praxisversuch.

Figuur 2: DEM simulatie (rood) en praktijk resultaten (blauw). Bron: University of South-Australia.

Abbildung 2: DEM-Simulation und Praxisergebnisse. Quelle: University of South-Australia, Saunders.

 

An der rechten Seite der Tabelle (vertikale Achse) ist die Bodentiefe in Millimetern abzulesen. Es ist zu deutlich zu erkennen wie die graphischen Punkte übereinstimmen. Die Ergebnisse beider Tests aus der Abbildung 2 wurden zusammengefügt und in mathematischen Formeln verarbeitet, wodurch die Effekte bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten wissenschaftlich genau berechnet werden können. Dadurch dass sowohl die Theorie als auch die Praxis zusammengeführt sind, können realistische Aussagen für weitere Untersuchungen getroffen werden. Anhand dieser Informationen können Übersichten erstellt werden über den Durchmischungsgrad bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

Anhand der theoretischen und praktischen Untersuchungen hat die Universität eine Übersicht erstellt, worin die Unterschiede auf den Boden bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ersichtlich werden, siehe dazu Abbildung 3: Bodenergebnisse bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

Figuur 3: Bodemresultaten bij verschillende spitsnelheden. Bovenste rij 9 km/u en onderste 3 km/u. Bron: University of South-Australia.

Abbildung 3: Bodenergebnisse bei unterschiedlichen Umgrabungsgeschwindigkeiten. Oben 9 km/h und unten 3 km/h. Quelle: University of South-Australia, Saunders.

Figuur 4: mixresultaat van gewasresten door de bouwvoor bij 2 snelheden. Bron: University of South-Australia.

Tabelle 1: Vermengungsgrad bei zwei verschiedene Geschwindighkeiten. Quelle: University of South-Australia, Saunders.

Alle fünf Zentimeter wurde eine schematische Übersicht einmal für 3km/h erstellt und einmal für 9km/h erstellt. Die rote Farbe steht in der Übersicht für den nicht durchgemengten Bodenanteil. Je grüner die Verfärbung, desto besser ist die Durchmischung in der entsprechenden Tiefe. Ausgehend von dieser Abbildung fällt auf, dass bei 9km/h tiefere, einfachere Effekte erzielt werden anstatt vermischender Effekte, so wie es eine Spatenmaschine eigentlich tun sollte. Bei geringerer Geschwindigkeit hält der Vermischungsgrad einer Spatenmaschine auch in tieferen Schichten länger an. Anschließend wurde ausgehend vom DEM-Programm, also Abbildung 2, eine Tabelle erstellt, bei der der Vermengungsgrad in der jeweiligen Tiefe zu sehen ist. Die Prozentangabe auf der horizontalen Achse zeigt den Vermengungsgrad der jeweiligen Tiefe in Relation zum Gesamtboden an, zusätzlich unterteilt einmal für 3km/h (blau) sowie für 9km/h (rot). Aus dieser Tabelle geht hervor, dass bei einer Tiefe von 10-15cm und einer Geschwindigkeit von 9km/h der Grad der Vermengung stark nachlässt. Hingegen ist der Durchmengungsgrad bei 9km/h, im Gegensatz zu 3km/h, bei einer Tiefe von 0-5 cm fast um die Hälfte besser.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine zu hohe Fahrgeschwindigkeit (9km/h oder mehr) bei der Spatenmaschine einen negativen Effekt auf das Durchmischungsverhältnis im Boden hat.

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